Справка: Что такое отборный чип ?

Оригинал тут.

Запустив свой пк со свежекупленным процессором или видеокартой, вы, наверное, скорее всего, решите попробовать его немного разогнать. Частоты растут все выше и выше, и может даже оказаться так, что у вас какой-то выдающийся экземпляр. Разве такое возможно ?

Вы спешите поделится своей радостью в Интернете, еще бы; - Вы сорвали кремниевый джекпот! но позднее, кто-то в комментариях заявляет, что вам достался отборный чип.

Если вы сейчас представили себе инженера, роющегося в мусорном ведре и с гордостью вытаскивающего золотой билет, то вам действительно нужно прочитать это объяснение! Добро пожаловать в волшебный мир производства процессоров и отбора чипов.

Все микросхемы изготавливаются из дисков сверхчистого кремния, покрытых слоями металлов, изоляторов и полупроводниковых материалов, будь то стандартный центральный процессор (ЦП), специализированный графический процессор (ГП) или DRAM, для системной памяти. Весь процесс чрезвычайно сложен, и заводы, необходимые для производства новейших микросхем в огромных объемах, стоят миллиарды долларов.

Эти диски известные нам как пластины, имеют вафельную структуру поверхности. Intel, GlobalFoundries и TSMC выпускают их по несколько миллионов в год. Для точного соответствия планам инженеров, которые разработали микросхемы, необходимы инструменты высочайшего качества.

Для совершенствования процесса, в производственных помещениях фабрики создается небольшое давление, чтобы не допустить попадания переносимых по воздуху бактерий и частиц пыли во внутрь помещения. Рабочие носят специальное защитное снаряжение, чтобы гарантировать, что их клетки кожи и волосы не попадут во внутрь оборудования.

Готовая пластина (вафля) - вещь прекрасная и невероятно ценная. Производство каждой из них стоит тысячи долларов , и весь процесс изготовления - от слитка кремния до конечного продукта - занимает месяцы. Каждая микросхема (кубик), которую можно снять с диска и продать, имеет жизненно важное значение для окупаемости производства.

Чтобы их получить, пластину нарезают алмазной пилой, но т.к. не все кубики полностью вписываются в круглую пластину, очевидно, что определенная ee часть заведомо не пригодна. Примерно от 5 до 25% пластины будет выброшено только по этой причине (количество во многом зависит от размеров чипа-кубика).

Остальная часть кристаллов затем устанавливается в корпусах печатных плат, при необходимости покрывается теплоотводом, чтобы в конечном итоге стать знакомыми нам процессорами.

Давайте посмотрим на новейший процессор Intel в семействе моделей Core - самым мощным из которых является Core i9-10900K , который имеет 10 ядер и встроенный графический процессор.

На фото ниже показано, какими мы обычно знаем и видим компоненты ПК, но если бы мы могли снять теплоотводную крышку и применить специальные инструменты, чтобы проникнуть во внутренности чипа, он выглядел бы совсем иначе.

Современный процессор представляет собой логические блоки, SRAM, интерфейсы и коммуникационные шины. Только в одном чипе, есть миллиарды, слаженно работающих, отдельных электронных компонентов.

На этом изображении выделены некоторые ключевые области - в крайнем левом углу находится система ввода-вывода (Input/output system), содержащая память DDR4-SDRAM, PCI Express и контроллер дисплея. Также туда входит шина, по которой управляются и связываются все ядра (Ring interconnect). Чуть выше секции ввода-вывода находится интерфейс для системной памяти (DRAM interface), а с другой стороны кристалла мы можем увидеть встроенный графический чип, GPU. Независимо от того, какой процессор Intel Core вы рассматриваете, все эти 3 части всегда будут присутствовать в нем.

Между ними расположены ядра ЦП (Core). Каждый из которых является точной копией друг друга, содержащие модули обработки чисел, перемещения данных и предсказания будущих инструкций. По обе стороны от ядра расположены две полосы кэш-памяти 3-го уровня (L3 cache) (нижние уровни скрыты глубоко внутри ядра), каждая из которых предоставляет 1 МБ высокоскоростной памяти.

Вы можете подумать, что Intel делает новую пластину для каждой модели процессора, который они продают, но на одном диске i9-10900 будут производиться микросхемы, которые потенциально могут оказаться в одной из следующих моделей:

«Базовая частота», измеряемая в ГГц, является самой низкой гарантированной частотой, на которой будет работать чип, независимо от того, под какой нагрузкой он находится. «Все ядра Turbo» - это максимальная частота, на которой все ядра могут работать вместе в течении непродолжительного времени. То же самое и с Turbo Boost, за исключением того, что тут задействованы всего 2 ядра.

PL1 TDP (Power Level 1 - Thermal Design Power) - максимальная продолжительная теплорассеивающая способность. Равна практическому максимуму рассеиваемой (выделяемой в виде тепла) мощности при стабильной работе микросхемы на штатных частотах и напряжениях и максимально допустимой собственной температуре. Превышение этого значения ограничит скорость работы чипа, поэтому разработчики могут задать пределы потребления чипа, чтобы избежать этого.

В моделях с названиями, оканчивающимися на F, отключен графический процессор; K указывает на то, что у них разблокированные тактовые частоты (можно разгонять), а T указывает на низкое энергопотребление. Это процессоры для настольных ПК - некоторые из них в конечном итоге станут Xeon'ами, процессорами, предназначенными для профессионального рынка, в форме рабочих станций или небольших серверов.

Итак, это 19 моделей из единой конструкции - как и почему один чип превращается в столько разных типов?

Какими бы невероятными ни были заводы по производству микросхем, ни они, ни используемые технологии и материалы не могут быть идеальны на 100%. Всегда будут какие-то наночастички либо в помещении завода, либо внутри используемого кремния и металлов. Не смотря на все старания, производители не могут сделать их полностью чистыми.

При попытках создать столь малые компоненты, что только мощные электронные микроскопы позволяют их видеть, не все работает должным образом.

При подробном рассмотрении, в нанометровом мире квантовое поведение становится гораздо более заметным и случайным, шумы и другие непредвиденные сбои могут нарушить процесс, подобно разрушению карточного домика. Все эти проблемы очень вредят производителям процессоров, и в конечном результате выливаются в дефекты .

Не все дефекты серьезны - они могут просто привести к тому, что определенный участок микросхемы будет нагреваться больше, чем должен, но если он действительно плохой, то вся секция может пойти в утиль. Поэтому производители в первую очередь сканируют пластины на предмет дефектов.

Перед тем как разрезать пластину на отдельные микросхемы, используют специальные устройства для их обнаружения. Матрицы-кубики или целые пластины, в которых обнаруживаются проблемы, помечаются флажками, чтобы их можно было отложить для дальнейшего изучения.

Но даже эти шаги не позволят выявить все незначительные дефекты и сбои, поэтому после того, как кусочки будут вырезаны из пластины и установлены в корпуса, их отправляют для еще большего тестирования.

Когда Intel, как и другие компании проверяют качество своих процессоров, они настраивают микросхемы для работы с заданным напряжением и определенной тактовой частотой; пока кристалл проходит ряд тестов, предназначенных для нагрузки на все его участки, тщательно измеряется количество потребляемой электроэнергии и выделяемого тепла.

В результате проверок, на выходе часть чипов работают точно так, как задумано, часть хуже или лучше.

Некоторым микросхемам может потребоваться более высокое напряжение для стабильности, другие могут слишком нагреваться, и, вероятно, некоторые и вовсе не достигнут требуемых параметров.

Аналогичные исследования проводятся для процессоров, у которых обнаружены дефекты, но перед этим выполняются дополнительные проверки, чтобы увидеть, какие части микросхемы все еще работают, а какие нет.

В результате показатель полезного выхода пластины составляет ряд кристаллов, которые можно классифицировать на основе их функционирующих частей, стабильных тактовых частот, необходимого напряжения и тепловой мощности. Как называется эта процедура сортировки? Отбор чипов.

Представим, что в результате тщательных испытаний в чипе Core i9-10900 было найдено два серьезных дефекта, как указано на изображении выше. Два ядра и графический процессор повреждены до такой степени, что просто не могут нормально функционировать.

Тогда Intel отключит эти секции и пометит его как чип для линейки Core i7-10700, модель F. Но затем его нужно проверить на тактовую частоту, мощность и стабильность. Если чип достигнет требуемых показателей, он останется как i7, или можно будет отключить еще 2 ядра и использовать кристалл для модели Core i5.

В 10 поколении Core, Intel изготавливает отдельную пластину для процессоров Core i5, i3 и Pentium / Celeron. В результате отбора, они масштабируются от 6-ядерных до 2-ядерных чипов.

Спрос на продукцию часто может опережать производственные возможности, поэтому для выполнения заказов, для них могут использоваться пластины с 10 ядрами. Иногда у идеально работоспособных образцов отключают секции, просто чтобы обеспечить достаточную производительность фабрик. Для покупателя это выглядит как игра в лотерею, и именно поэтому иногда можно получить лучший чип, чем он должен быть.

С учетом этих обстоятельств, массовый отбор микросхем значительно улучшает показатель полезного выхода пластин, т.к. можно использовать и продавать больше матриц.

Как и многие другие термины в вычислительной технике, отбор чипов стало синонимом чего-то другого, кроме своего первоначального значения.

Интернет-магазины иногда продают специально подобранные процессоры (те, которые разгоняются до безумного уровня или работают с меньшей температурой, чем поверхность Плутона) как «отборные процессоры». Но реальность такова, что все чипы отборные.

Конечно, ничто не запрещает проводить сортировку в рознице, так сказать: делать отбор отборных процессоров.

Для этого процессоры AMD и Intel необходимо приобретать оптом (десятки, если не сотни, чипов), проверить каждый из них на тестовом компьютере - разогнать или понизить напряжение, записать их температуру и прочее. Затем лучшие из партии можно было продавать как особые, и розничный торговец мог справедливо классифицировать их как «отборные ЦП». Естественно, дополнительное тестирование требует времени и усилий, поэтому розничная цена продукта увеличивается.

Являются ли эти так называемые отборные чипы чем-то особенными? И да, и нет. Каждый чип, используемый в вашем ПК, телефоне, автомобиле и т.д., прошел определенный процесс отбора. Это просто очередной этап в производстве всех микропроцессоров и чипов DRAM. Это означает, что ваш любимый процессор или графический процессор, который работает на удивление круто или безумно разгоняется, - это всего лишь еще один кристалл из одной из сотен тысяч пластин, выпущенных заводами по всему миру.

см.также